摘要：智慧城市的发展使数字化概念渗透到建筑学本科高年级教学中，如何帮助学生适应将建筑学绘画空间理念与数字设计有效融合，使学生“表达”设计而非简单机械地辅助建模，是当今城市设计教学改革的新思路。以立体主义绘画空间思维与数字化设计的融合为切入点，搭建设计教学框架，从问题探索、空间整合、场景塑造和规则构建四个阶段进行优化，使学生在方案设计中形成一套完整的数字融合设计模式。教学实践发现，学生开始以更多元的方式展开设计，实现了绘画空间与数字化设计的有机结合。
随着数字信息技术的快速发展，数字化设计已渗透到城市设计课程等教学领域。哲学家安迪·克拉克认为，人类在适应新技术的过程中，会不断受到技术的反馈作用，改变着自我与工具的关系[1]，这种后人文主义的观念表明，建筑设计在与技术相适应时，应随着技术的不断更新而改变相应的思维方式。吉迪恩曾在《空间·时间·建筑》中指出，透视画法和科学技术的协同发展得以促进文艺复兴时期拱廊在建筑中的频繁应用[2]。拉斯金提出“思考的双手”，认为机器不仅是建造的工具，同样是思考的工具。哈迪德事务所设计的上海凌空SOHO是基于绘画空间理论的参数化生成之作。麻省理工人文系为学生设置了非线性叙事理论与实践课程，在数字化设计和人文艺术之间搭建了一座桥梁[3]。数字技术拓展了建筑设计与教学的方式，在这个信息与文化碰撞的当下，重新思考并构想建筑学教育的未来已变得非常迫切。文章以建筑学空间理念中的传统绘画空间理论为指导思想，引导学生在设计初期形成一定的空间概念，并构建具有艺术思想与数学逻辑的模型，从而将传统理论观念渗透于实践中，拓展设计思维，从而更具有创新性地表达设计作品。
1城市设计课程教学发展与现存问题
区别于传统城市设计中对物质形态与视觉审美的注重，如今的城市设计更趋向于地域化、理性化和经济化，设计思潮与成果的表现方式更加多元。随着“智慧城市”“新城建”等国家战略的提出，以及“智能新工科”等教育范式的改革，城市设计需要培养多角度思考问题的能力。我们也应客观地认识到，数字技术仅仅是一种设计教学与应用的方法，并不能完全替代其他领域的努力，也不能完全否定传统教学的意义[4]。因此，现代城市设计课程教学应做到数字化设计与传统空间思维的有效融合，使两者在设计过程中互动延伸，实现城市空间的传统延续和现代转型的过渡。Rhino、BIM、ArcGis等数字软件的广泛应用，使城市设计课程教学拥有了更多选择形式。课程中不再拘泥于“空间与形式”，而是以数字技术为出发点，不断拓展教学模式的边界。虽然数字化设计加速演进了新的建筑表现与生成形式，提高了设计课程教学效果，但由于国内现行教育体系受“布扎”和“包豪斯建筑教育”等欧洲学院派思想的影响[5]，“建筑即艺术”的观念根深蒂固。在一些学校的课程设置中强调传统技法表现，对数字技术的应用持排斥态度。与此同时，许多学校由于缺少从空间到技术的系统性思维以及相关数字技术理论支持，理论与实践脱节，难以形成适合当今数字时代的设计教学体系。因此，在城市设计课程教学改革中，如何使学生在构建清晰的知识脉络基础上，灵活运用数字算法，将空间思维与数字化表达的手段有机融合，成为当前城市设计课程教学改革中亟待解决的问题。
2城市设计课程主要改革内容
本质上看，空间是城市设计的第一要素。凯文·林奇曾说：“一座城市，无论景象多么普通，都会给人带来快乐。”[6]建筑不同的围合方式、纵横的路网以及动感的光影，使城市空间富有画作般的表现力。人们透过玻璃幕墙眺望时，光影、街景和道路被限定在清晰的框架里，就像画境里延绵的景深。柯林·罗在总结吉迪恩对透明性理解的基础上做了进一步的阐述——不同图形共享同一底面，彼此渗透交叠，却又不在视觉上产生破坏[7]。城市空间的生成同样运用了互渗、分割、穿插、图底交叠、“空间-时间”等几何手法。如“光与水花园”、诺巴里斯公园、威尼斯城市开发项目方案、代官山集合住宅街区、拉维莱特公园（表1）。2020年下半学期，河北工程大学建筑四年级城市设计课，以邯郸市高校周边城中村为设计对象，展开以“传承、科技、创新、智慧、生态、共享”为主题的城乡人居设计。关注以空间为媒介，引导学生探索设计方法，跳出单一空间思维模式，试图找寻空间思维与数字化表达的整合方式。设计用地位于邯郸市区东部，毗邻新校区、市体育中心和市高铁站，然而基于邯郸市东部规划的文娱区内，用地现状为城中村，已不能满足城市现有需求，需要引入新元素，从而带动原有城市的更新与发展。本次教学重点围绕三方面基本问题展开设计：（1）空间思维整合：重视前期调研与文献的收集，扎实基础理论知识研究，学习以立体绘画空间为切入点展开方案设计，实现绘画空间指导下的设计创新，充分利用场地空间及周边环境的现有资源。（2）场景表达塑造：融和现有城市结构，充分考虑土地使用、建筑形态及其组合、开放空间和人的活动方式、交通停车、城市环境设施与基础设施等问题，承接城市规划远期目标。（3）设计理念与方法的创新：分析市民需求，运用创新数字化设计方法，结合周边的城市功能提出富有创意的策划与设计概念。
3城市设计课程内容设置与组织过程
本专题教学以高校城中村为实践载体，以立体主义绘画空间思维的形成为构思媒介，以数字化设计方法为优化工具，进行城市空间的转译，引导学生探索传统空间思维和数字化设计深度结合的教学模式，优化问题探索、空间整合、场景塑造、规则构建四个阶段，进而形成系统的空间思维与设计表达逻辑（图1）。
3.1问题探索
我们在前期问题探索阶段，分别进行了城市功能、现有居民问卷调查与基地单体建筑的分析，并指出所需要解决的问题，明确研究结论，安排学生提出自己的前期构思和设计理念（图2）。城市功能：存在服务半径与需求半径不匹配的基本矛盾。由于不同人群的活动半径不同，因此城市需要根据不同群体对空间的相应需求进行更新完善。基地现有居民问卷调查与抽样访谈：收集当前居住环境对其日常活动的满意度和未满足的活动需求空间，得到受访者对住宅建筑和街道尺度的感性评价。存在居民对于部分建筑活动需求满意度较低，以及基础公共设施匮乏的问题。建筑物分析：用地中是两个自然村落，主要为近些年建成的一二层自建砖混住宅与尚未发现的值得保留的历史建筑。
3.2空间整合
以问题探索阶段的调查研究结论为依据，以城市空间形态的宏观把控和多元系统整合为主要内容，根据前一阶段提出的目标和理念进行概念性设计，重点培养学生的整体观和全局观，是四个教学阶段里最为重要的一环。将此阶段分成两个环节，分别为理论研究与设计实践，并在实践中将立体主义绘画空间融入算法，从几何数字化、性能数字化到建造数字化依次推进。本次教学结合相关理论与经典案例对城市空间模式及发展动因进行解析。立体主义绘画作为透明性理论的基础，受塞尚结构观念的启发，追求以几何形状解构事物，并将分离的画面重新组合，使三维空间的画面归结成平面、两维空间的画面。学生在进行概念设计时，通过立体绘画空间思维对城市进行拼贴。透明性是从立体主义绘画中提炼出来并逐渐演化为建筑学中的一种观点。柯林·罗认为透明性分为物理透明与现象透明，在现代主义建筑中分为以包豪斯校舍为代表的物理透明和以加歇别墅为代表的现象透明。包豪斯校舍强调玻璃的透明性，与之相对应的是立体主义绘画《共时的窗子》，加歇别墅则展现出多层次的空间效果，空间相互穿插渗透，措置有方，与莱热的《三副面孔》具有异曲同工之处。将平面不同方向的网格或底图交叠穿插，使之相互交合、渗透，已经成为当代设计教学普遍使用的方式[8]。在教学阶段，学生通过对城市系统的磨合与设计深度进行推进，数字化的概念性设计随着教学进程的推动而加深与具体化。数字化设计包含狭义与广义两层释义，狭义数字化建筑设计包括参数化建模技术、建筑生成设计、算法等内容；广义的数字化建筑设计包括三维建模技术、建筑信息模型技术、虚拟现实技术、数控加工技术等[9]。建筑联盟学校的奥斯托斯所指导的课程运用非线性的形态空间、光影声像等手法塑造建筑与城市。这种空间与数字化融合的设计方法已作为空间认知、生成、整合和表达的一种结构、语义策略，是一种有效的设计逻辑过程[4]。学生在设计初期需建立空间几何关系，用来约束和维持对象间的几何关联。运用拼贴（Attachment）、叠加（Top）、穿插合并（Combination）的手法，形成无限趋于复杂的空间形态（图3）。并且在进行地块选择前的动态行人仿真模拟中，引入PEDSIM算法（图4），针对研究基地的人群活动习惯进行调研，获得主要活动场合，再对一定范围内的标志性建筑进行标记，最终对出发点和辐射范围进行了设定（图5）。
3.3场景塑造与规则构建
场景是对“空间+环境+行为”的综合表达，强调在建立整体城市空间秩序的基础上重视城市空间与人的关系。学生运用蚁群算法，主要解决人流出发点和汇集点的问题，在找到合适的点位后，设定相关路径的干扰因素。将蚁群路径类比人类路径，对路径不断地进行优化，包括主次出入口、景观点、建筑形体、光照、院落的合理布置，提出对城市空间未来的思考（图6）。并且引导学生从视线、人流、文脉、对未来的思考的角度出发，通过前期调研，提出斜线穿地设计思路，主体视线为南门口的人流视线，次要辅助斜线景观视线通廊。其次，根据上位规划，采用装配式建造方式。通过对蚂蚁路径的研究发现，蚂蚁总是会在一定时间内获得最优路径，而通过观察校园的一些自发的小道，调查发现了类似的行为模式，将蚂蚁的行为模式运用于人的路径寻找方面，于是提出“蚂蚁搬家”理念，引入蚁群算法，发现蚁群行为路径的结果与人类高度相似。将感性的创造性的成果转化为明确的、可解读的规则，通过城市设计导则的制定和表述使学生更加理性地对待城市设计，按照结构、类型、要素，从不同层级归纳表述城市开发必须遵循的和建议性的系列规则，更深刻地理解城市空间发展的复杂性和动态性，在优化完善教学过程阶段，培养学生的社会责任和规则意识，也应成为城市设计教学努力的方向。
4学生作业评价
在空间思维整合层面上，学生灵活运用所学的立体主义绘画空间知识，并容纳装配式单体建筑的特点，以绘画的形式对建筑群体展开组合，以延伸，拼贴、叠加、穿插合并手法的应用与道路系统的相连接，形成多样化、多层级的城市网络结构。在场景表达塑造层面上，学生通过PEDSIM算法发现原有基地问题，以一种全新的城市布局对其进行改造。在理念与技术创新层面上，学生在空间整合过程中数字概念的形成，看起来似乎是片面的技术游戏，但却点出了数字化设计教学的一个可行的策略和方向：建筑表象并非恣意的想象而生，而是建筑本体生成的逻辑结果[10]。在全套设计流程中，学生不仅考虑到城市空间的组合、城市功能的划分、新兴技术的应用等基础问题，还通过算法探究蚁群类比人群的心理特征，独辟蹊径地利用装配式建筑易于拆装与组合的特点展开总体布局，进而创造性地思考未来城市的发展。居住组团更新中，为了在一个新的城市中营造出原有居民熟悉的氛围，展开了新的建筑平面构成，提取原有城市肌理，并通过蚁群算法解决相应问题。城市更新中，将不同的居住组团按照原有平面肌理构成后，依照各类人群对环境和建筑空间的不同需求，将各个居住组团合理分布在整个建筑骨架上，形成具有空间感的城市脉络，从而创新性地完成场景的划分（图7）。
5教学总结与反思
以大学城人居环境更新设计的专题，组织建筑学本科四年级的城市设计教学，是对学生空间思维能力与实践操作手段进行整合与提升的有效机制。在数字化发展已经成为大势所趋的今天，在本科高年级设置数字化设计专题，能够通过整合与优化教学体系，培养学生形成更具有创新性与时代性的多元学术视野。经过一个教学周期的实践，上述大学城人居环境设计专题教学思维框架，基本能够实现前期拟定的重点待解决问题。根据课后问卷调查及个别学生访谈发现，空间与数字化设计的应用激发了学生对建筑与城市设计的兴趣，在未来的城市设计课程中，学生更多地关注空间与数字技术的结合，主动了解并运用数字化设计软件，以表达和深化设计方案。通过课改总结出：在教学过程中，以绘画空间为导向，使学生在新的数字化设计方法基础上形成空间逻辑，从而形成具有创新性、精确性的设计思维。这是帮助建筑学学生建立多元化设计思维的一次尝试，同时也是对传统建筑教育的薄弱环节——数字技术与空间融合的有力补充。
作者：王晓健 孙小叶 王子瑄 单位：河北工程大学建筑与艺术学院 河北工程大学建筑与艺术学院 河北工程大学建筑与艺术学院